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現代数学解説
文献あり

Borwein-Garvanによる恒等式

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Baileyによる公式
nZ(aqn(1aqn)2bqn(1bqn)2)=a(ab,q/ab,b/a,aq/b;q)(q;q)4(a,q/a,b,q/b;q)2
を応用して, 以下の美しい等式を示す.

Borwein-Garvan(1997)

1+30<nnqn1qn270<nnq9n1q9n=(q3;q3)10(q;q)3(q9;q9)3

nZ(aqn(1aqn)2bqn(1bqn)2)=a(ab,q/ab,b/a,aq/b;q)(q;q)4(a,q/a,b,q/b;q)2
において, qq3としてa=ω:=e2πi3,b:=qとして,
(a,aω,aω2;q)=(a3;q3)(a,aq,aq2;q3)=(a;q)
などを用いて整理すると,
nZ(ωq3n(1ωq3n)2q3n+1(1q3n+1)2)=ω(ωq,ω2q2,ω2q,ωq2,q3,q3,q3,q3;q3)(ω,ω2q3,q,q2;q3)2=ω(1ω)2(q3,q6;q9)(q3;q3)4(ωq3,ω2q3)2(q,q2;q3)3=13(q3;q3)10(q9;q9)3(q;q)3
となる. 一方, 左辺は
nZ(ωq3n(1ωq3n)2q3n+1(1q3n+1)2)=ω(1ω)2+0n(ωq3n+3(1ωq3n+3)2+ω2q3n+3(1ω2q3n+3)2q3n+1(1q3n+1)2q3n+21q3n+3)=13+0n(q3n+3(1q3n+3)2+ωq3n+3(1ωq3n+3)2+ω2q3n+3(1ω2q3n+3)2qn+11qn+1)=13+0n(9q9n+9(1q9n+9)2qn+11qn+1)=13+0n,0<m(9mq(9n+9)mmq(n+1)m)=13+0<m(9mq9m1q9mmqm1qm)
と計算できるので, 両辺に3を掛けて, 定理を得る.

この恒等式は, Berndt-Chan-Liu-Yesilyurtによる(q;q)10の表示を通して, Ramanujanの合同式p(11n+6)=0(mod11)の証明への応用があるらしい.

参考文献

[1]
J. M. Borwein, F. G. Garvan, Approximations to π via the Dedekind eta function, CMS Conf. Proc., 1997, 89-115
[2]
Song Heng Chan, Generalized Lambert series identities., Proc. London Math. Soc., 2005, 598-622
[3]
Bruce C. Berndt, Song Heng Chan, Zhi-Guo Liu, Hamza Yesilyurt, A new identity for $(q;q)^{10}_{\infty}$ with an application to Ramanujan's partition congruence modulo 11., Q. J. Math, 2004, 13-30
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Wataru
Wataru
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超幾何関数, 直交関数, 多重ゼータ値などに興味があります

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